熱脹冷縮的科學原理精選(九篇)

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第1篇：熱脹冷縮的科學原理范文

學校_______________________班級______________________姓名______________________

一、我能回憶

1、物體的冷熱程度用________表示。

2、________是測量物體溫度的儀器，一般水溫計包括________、________、________三部分組成。

3、我們常用的溫度計是________溫度計，它的計量單位是“________”，用“________”表示。

4、一般情況下，液體受熱時體積________，遇冷時體積________，這就是液體___________的性質。液體溫度計是根據液體_______________的性質制成的。

5、根據水、酷、果汁等液體具有熱脹冷縮的性質，推出液體有熱脹冷縮的性質，就是在_______。

6、一般情況下，物體（固體、液體、氣體）具有______________的性質。在相同情況下，_______受熱膨脹的體積最多，_______較多，_______最少。

7、空氣受熱后體積________，熱空氣比同體積的冷空氣________，所以熱空氣會________。熱氣球就是利用________________的原理升空的。

8、在_______的照射下，由于地理環境不同，有的地方溫度高，有的地方溫度低。溫度高的地方________上升，周圍的________補充過來，________不停地流動，就形成了_______。

二、我會辨別

1、被測物體不同，溫度計的類型也不同。

（

）

2、一般情況下，物體具有熱脹冷縮的性質。

（

）

3、像醋、牛奶、果汁這些液體，也具有熱脹冷縮的性質。

（

）

4、夏天架設電線時，應該讓電線繃緊一些。

（

）

5、風是空氣流動引起的一種自然現象。

（

）

6、物體熱脹冷縮的現象與我們的生活沒有多少關系。

（

）

7、風對我們的生活既有利處又有害處。

（

）

8、鐵軌之間留有縫隙是為了節約鋼材。

（

）

9、孔明燈就是根據熱空氣上升的原理升空的。

（

）

10、瓶裝飲料不裝滿是因為怕飲料受熱膨脹溢出。

（

）

三、我能選出

1、使用水溫計時，用手拿著水溫計的______。

A、底部

B、上部

C、中部

2、夏季太陽下自行車容易爆胎的原因是______。

A、車胎內的空氣變多了

B、車胎內的空氣變少了

C、車胎內的空氣受熱膨脹了

3、哪種測量水溫的方法正確______？

4、一般可以用來測量操場上空氣溫度的是______。

A、氣溫計

B、體溫計

C、水溫計

5、下列不屬于熱空氣上升現象的是______。

A、蚊香的煙向上飄

B、熱氣球向上飄

C、氫氣球向上飄

6、把鋼尺放在火上烤一烤，再去測量物體的長度，測得的讀數______。

A、比實際的長度小

B、比實際的長度大

C、與實際的長度一樣大

7、哪種讀數的方法正確______？

8、踩癟了的乒乓球，只要沒有破，用熱水一燙就能鼓起來，這是因為具有_____熱脹冷縮的性質。

A、液體

B、氣體

C、固體

9、用手捂住圓底燒瓶，圖①玻璃管中的水滴會______；圖②玻璃管口會______。

②

①

A、

向左移動

B、向右移動

C、冒出氣泡

D、吸入水柱

10、在小噴泉的實驗中，把瓶子放進熱水中，會產生噴泉，原因是

。

A、瓶內的空氣受熱膨脹

B、瓶內液體受熱膨脹

C、瓶子受熱膨脹

11、在空氣熱脹冷縮的實驗中，把氣球套在瓶口上的作用是

。

A、為了吹大氣球

B、密封瓶子

C、借助氣球發現瓶內空氣體積的變化

四、我會看圖

甲

乙

讀作：___________

寫作：___________

讀作：___________

寫作：___________

1、讀作：___________

寫作：___________

讀作：___________

寫作：___________

丙

丁

2、右圖中的同學在探究溫度計的秘密。把該裝置放入熱水中，液柱會_________；放入冷水里，液柱會_________。

說明了_____________________________________________。

3、右圖中的同學在探究固體是否具有熱脹冷縮的性質。銅球加熱前__________通過鐵環，銅球加熱后__________通過鐵環。放入冷水后_________通過鐵環。（填“能”或者“不能”）

說明______________________________。

4、右圖中的同學在探究熱氣球上升的秘密。酒精燈點燃前，紙蛇_________，酒精燈點燃后，紙蛇_________。

說明____________________________________。

五、我來回答

1、如何正確使用水溫計？

2、抽油煙機安裝在爐灶的什么位置？為什么？

3、風對我們的生活有什么影響？

六、我會實驗

回憶我們做的“模擬風的形成”實驗。

（1）

點燃蠟燭前，箱內外的溫度________，用點燃的蚊香放在通風口處，這時蚊香冒出的煙向___________飄。

（2）

將箱內的蠟燭點燃，箱內外溫度__________，在用用點燃的蚊香放在通風口處，這時蚊香冒出的煙向___________飄。

（3）

根據實驗，試分析風是怎么樣形成的。

參考答案

一、1、

溫度

2、溫度計、玻璃管、玻璃泡、刻度

3、攝氏溫度計、攝氏度、℃

4、膨脹、收縮、熱脹冷縮、熱脹冷縮

5、推理

6、熱脹冷縮、氣體、液體、固體

7、膨脹、輕、上升、熱空氣上升

8、太陽、熱空氣、冷空氣、空氣、風

二、√、√、√、×、√、×、√、×、√、√

三、1.B

2.C

3.C

4.A

5.C

6.A

7.C

8.B

9.B、C

10.A

11.C

四、1.

（1）讀作：12攝氏度

寫作：12℃

（2）讀作：零下6攝氏度

寫作：-6℃

（3）讀作：零攝氏度

寫作：0℃

（4）讀作：35攝氏度

寫作：35℃

2.上升、下降、液體有熱脹冷縮的性質

3.能、不能、能、固體有熱脹冷縮的性質

4.不動、旋轉、熱空氣會上升

五、1.（1）用手拿著溫度計的上部。

（2）將溫度計的玻璃泡完全浸在水中，不要接觸容器底和壁。

（3）等溫度計內的液柱靜止后，讀出溫度。

（4）讀數時，溫度計不能拿出水面，視線要與液柱頂端相平。

2.抽油煙機安裝在爐灶的上方，油煙是熱空氣，熱空氣會上升。

3.好處：（吹風車）、（發電）、（）。

第2篇：熱脹冷縮的科學原理范文

“啊！終于看完了！”我合上這本書后還意猶未盡。在這本書中，我知道了許多我以前所不知道的知識。巧開瓶蓋就是其中一個。

我們都知道在通常情況下，瓶蓋需要在專用工具才能打開。在不借助任何工具，也不難把瓶子弄破是情況下，把蓋得非常牢固的瓶蓋不費吹灰之力地打開似乎有點困難。但只有你按照下面的方法做便能輕而易舉。先把瓶蓋部分放入燙水中半分鐘，然后用手向上掀開瓶蓋，不費吹灰之力瓶子就打開了。物體遇熱膨脹，瓶體、瓶蓋也是如此。但玻璃傳熱慢，膨脹系術也小，二金屬傳熱快，膨脹系數大，所以，加熱后金屬瓶蓋就松了。

熱脹冷縮現象是日常生活中經常遇到的現象。無論是氣體、液體還是固體，在一般情況下，受熱的時候都會發生膨脹，變冷的時候也都會收縮。

物質熱脹冷縮的原理，被人們廣泛應用在日常生活和生產中。乒乓球踩癟了，浸入開水里燙一下，球內空氣受熱膨脹，壓力變大就會重新鼓起來。燒開水時，壺里的水不能裝的太滿，防止水受熱膨脹溢出來。鋪設鐵軌時，鐵軌之間留下一定的空隙，使鐵軌在夏天受熱時有膨脹的余地。夏季安裝高壓線電線時，電線不能拉得太緊，讓電線有伸縮的余地，否則天一冷電線收縮，就會繃斷造成事故。如此等等，在工程技術和機械制造上都要利用或者考慮到固體的熱脹冷縮現象。

一般物體都熱脹冷縮，但也有例外。在北方寒冷的冬夜，如果你把放在院子里的水缸灌滿水，水缸很可能被厚厚地脹破。這個現象表明，水遇冷結冰時體積不但沒有收縮，反而膨脹。

第3篇：熱脹冷縮的科學原理范文

一、結合科學知識《水的浮力》，就地取材開展實驗

在小學科學教學中，由于教材針對的主要對象是小學生，所以其中的實踐內容都比較簡單，實驗可以就地取材開展實驗。所以這就需要教師在教學過程中，善于引導學生利用身邊一些容易獲取的素材或者廢舊的材料開展科學實驗。通過這樣的方式，能夠培養學生的實驗思維，培養學生的創新意識，使學生能夠在實踐中獲取更多的知識，起到很好的教學效果。例如在學習“水的浮力”實驗的時候。教師可以引導學生利用生活中一些可以入手的素材開展這項實驗。比如，教師可以引導學生拿一盆水，然后把鉛筆放在水中，這個時候學生會發現鉛筆飄起來了，教師可以引導學生，這就是水的浮力。因為水具有一定的浮力，所以一些物體在水中的時候就會浮起來。在培養了學生這種低成本實驗的意識，學生在課下的時候可以就地取材開展相關的實驗。通過在實踐中的觀察，學生對于水的浮力只會有更好的掌握，從而起到了很好的教學效果。

二、結合科學知識《熱脹冷縮》，開發低成本實驗

在生活中有許多熱脹冷縮的現象，例如在冬天的時候，暖瓶的塞不能按壓太緊，否則暖瓶的膽就容易爆掉；水泥的路面隔一段就要開一條槽，因為為了防止路面受到熱脹冷縮的影響，而影響水泥路的使用。在夏天的時候，如果自行車胎打氣太足，那么車胎就容易爆掉。在生活中這樣熱脹冷縮的現象有許多。但是在小學科學實驗教學過程中，以上這幾點難以開展實驗，并且具有一定的危險性，所以這就需要教師引導學生開發一些低成本實驗，通過這些簡單的實驗，讓學生對于熱脹冷縮現象有更好的理解，從而熟練掌握相關的知識。

開發低成本實驗，主要就是選擇一些廢舊的器材，或者一些隨手可得的素材開展實驗。在進行熱脹冷縮實驗的時候，教師可以組織學生使用廢棄的乒乓球，例如有的乒乓球被踩扁了，可以放在開水中燙，然后就會恢復原狀，這其中的原理就是熱脹冷縮。同樣在生活中，我們也可以發現，高壓電線夏天下垂比較多，冬天繃得比較緊，所以工人在鋪設高壓電線的時候，往往會流出一些的富余。這樣就能夠很好地避免因為熱脹冷縮而導致高壓電線出現損壞的情況。

三、結合生活常識，開發低成本實驗水中物體浮起來

在小學科學教學中，學生在學習浮力相關知識后，有的物體在水中可以漂浮起來，但是有的物體在水中難以漂浮，這個時候學生就會想要去使水中的物體浮起來。教師可以充分利用學生這種學習的欲望和想象力，引導學生開發低成本實驗，從而使水中的物體浮起來，讓學生對于浮力知識有更好的了解，對于這個現象可以用科學的知識來進行解釋。例如，同樣的物體在一杯海水中的漂浮效果要遠遠好于在普通的飲用水中的漂浮效果。這其中主要的原因就是受到密度的影響，因為海水的密度比較大，物體在海中所受浮力也大。

在學習了這部分之后，教師應該引導學生結合一些生活常識，利用生活中隨手可得的素材來開發低成本實驗，使水中的物體浮起來，讓學生通過實驗，可以了解浮力的相關知識，對于物體浮起來的現象有更好的理解，從而起到很好的教學效果，例如。在課上的時候，教師可以給學生演示一個這樣的實驗，在盛滿水的盆中放入一個雞蛋，這個時候會發現雞蛋沉在水里，然后教室里給學生布置這樣一個任務：在家庭中使用隨手可得的素材來讓雞蛋從水中漂浮起來。學生可以結合自己的生活常識和了解的科學知識，也可以與家長進行合作實驗。在水中加入鹽，使雞蛋浮起來。通過這樣的方式，可以鍛煉學生的實驗能力，培養學生的創新意識。

四、結合科學知識《摩擦力》，開展低成本實驗

第4篇：熱脹冷縮的科學原理范文

關鍵詞：實驗教學眼睛模型霜的形成水果電池

氣體的熱脹冷縮流體壓強實驗創新與改進

物理是一門以實驗為基礎的學科，初中物理實驗教學是讓學生通過實驗，自己動手理解物理規律，掌握各種技能的過程，是物理教學的重點所在。實驗教學在物理教學中，在培養學生學習物理的興趣、觀察能力、實驗能力、理解能力、想象能力和培養學生的科學態度及優良品質方面起著十分重要的作用，這也是新課程中三維目標中的重要內容之一。但是，目前課程或教材上所選編的實驗，存在一些不足和有待改進的地方，而且有些知識點該安排相關的實驗卻沒有安排相關實驗，以下是本人在教學實踐中的幾點創新與改進意見。

一、眼睛的工作原理

我們在講解眼睛的工作原理以及近視眼和遠視眼的成因與矯正方法時，是用玻璃制品的凸透鏡或凹透鏡來模擬講解人眼的成像規律和工作原理。然而真正的人眼晶狀體是一個厚薄和焦距會變化的水透鏡，因此用課本上的實驗講解近視眼和遠視眼的形成原因時，我們在實驗過程中要更換不同焦距的凸透鏡。這樣不僅增加了學生理解知識的難度，實驗過程顯得很繁瑣，而且用此實驗不了講解手術矯正近視眼的原理。為了解決這個問題，筆者在實驗中采用的是用制作的厚薄焦距可以調節的水透鏡，我們只要把水透鏡固定在鐵架臺上，通過調節鐵夾，就可以改變透鏡的厚薄。這樣一來，在講解眼睛的工作原理時就變得簡單了。

二、升華凝華實驗

物質的升華和凝華是比較難理解的一部分內容，因為這種例子生活中有，但是并不像熔化凝固容易引起人們的注意，我們實驗室里配備了碘升華和凝華的器材，但是此實驗有不足之處，一是碘蒸氣很難聞且有毒，二是實驗的可視性不高，三是此實驗只能看不能感受。為了解決這個難題，本人在這節內容采用的是制霜實驗和觀察霜的升華。方法是將冰塊放入一杯中，然后再往杯中加鹽，過不了多久，就可以看到杯子的外壁結了厚厚的一層霜。將杯中的冰水混合物掉到，慢慢發現霜沒了，而杯壁上并沒有留下液態的水。學生不僅可以看到霜，還可以要手去觸摸杯壁上的霜，通過這個實驗，學生很容易就理解到了，霜的形成過程，從而加深對升華凝華的理解。

三、水果電池的改進

在講解電學這一部分內容時，我們不可避免地要提到電源，為了激發學生的學習興趣和消除對電池的神秘感，很多教師會做水果電池來實驗。但是大部分教師選的器材是用檸檬或橙子來做，殊不知，用這些原材料制作成的水果電池，只可以讓電流表偏轉很小的一個角度，可視效果太差。為了解決這個不足，本人歷經三年時間，對市場上常見的100多種水果蔬菜的供電效果進行了研究，發現了供電效果最好的是將鋅和銅插在番薯上，用番薯做出的電池的電壓是用檸檬做的電池電壓的十多倍。用番薯來做實驗大大提高了實驗的可見度，而且用番薯制成的電池兩個串聯，還可以直接使發光二極管亮起來。這樣就大大提高了學生的學習興趣。

四、氣體熱脹冷縮的教學

大部分物體都有熱脹冷縮的性質，對于固體和液體的這一點性質在我們生活中經常可以觀察得到，其中溫度計就是根據這個原理制作而成。但是對于氣體的熱脹冷縮我們生活中卻很難感受到，然而，這又是我們不得不講的內容，因為氣體的熱脹冷縮是很重要的內容，對于空氣的流動的解釋和浮力的知識非常重要。而我們的教材上卻沒有選編相關的實驗。為了解決這個問題。本人將微小壓強探測器略加改裝，用來演示氣體的熱脹冷縮。方法就是將探頭的換成一個大燒瓶，將燒瓶放入冷水中可以看到U型管中的紅色墨水倒流，如果把燒瓶放如熱水中，就可以看到紅色墨水順管流出。實驗效果非常明顯，解釋起來也相當簡單。

五、流體壓強與流速的實驗

我們授課時，會用漏斗倒放，在下面放入一個乒乓球，然后往下吹氣，發現吹氣時，乒乓球沒有掉下。很多教師做到這里就整理器材歸納結論了。其實這個實驗我們還可以拓展，將漏斗口朝上，將乒乓球放在漏斗上，讓兩個同學比賽，看誰能把球吹出來。有的同學回在漏斗細端往上吹氣，發現乒乓球出不來，而且吹的氣越大，球越是緊貼漏斗，而有的同學會在乒乓球上方吹氣，發現很容易就把球吹出來了。通過這個實驗拓展，既可以進一步加強對知識的鞏固，又可以引發學生的學習興趣。

以上就是本人在教學實踐中的幾點收獲，希望各位同行在教學中也能多觀察、多思考，對教材上一些實驗效果不明顯的或者教材上沒有的實驗，加以改進和創新，然后拿出來一起分享。

參考文獻：

第5篇：熱脹冷縮的科學原理范文

一—實物投影儀應用在小學科學實驗教學中體現了教育的立體性

投影儀在小學科學實驗教學中的作用：隨著我國教育信息化進程的不斷推進，多媒體教學已經在中小學校逐漸普及。在多媒體教學中，作為主要顯示設備，投影儀對于整個電教過程起到了至關重要的作用。調查顯示，教育行業用戶對投影儀的亮度及智能化功能要求較高。運用了投影儀可使小學科學課的教育過程更立體明了，有助于學生對事物的感知，而且會促進他們大腦自覺地對待講解內容進行分析、概括等思維活動，便于掌握待講解內容的內在本質和規律，從而達到舉一反三的效果。

二、利用實物投影儀展示實驗操作過程

在演示實驗教學中，實物投影儀還有變“小”為“大”、變“遠”為“近”的功能。教師在做示范時，往往只有靠近講臺的少數學生看得清楚，而多數學生“望眼欲穿”，什么也看不清，一臉茫然，個別性急的學生甚至沖到講臺來看，這樣既沒有達到應有的示范效果，又使課堂秩序混亂。但使用實物投影儀進行教學，情況就大不相同了。例如：在《豌豆莢里的豌豆》一課的教學中，用解剖等方法觀察比較油菜與豌豆的花、果實和種子的異同，要幫助學生掌握解剖油菜花和豌豆花并有序擺放的技巧，教師的演示非常重要。我將實物投影儀對準演示區域，一邊演示一邊講解，學生則邊聽邊看邊思考，從而準確把握每一個操作要點。而在整個示范講解過程中，沒有學生因為看不清楚演示而沖上講臺。在后來的學生活動中，他們的實際操作也反映了正確清晰的示范帶來的益處。

蘭、實物投影儀應用在小學實驗教學中可激發學生更高的學習興趣

實驗是一種全身心投入的活動。實驗中各種變化以及伴隨變化的各種現象能強烈地刺激學生的好奇心，使學生處于亢奮的思維狀態之中。而投影儀與實驗的有機結合可使實驗的各種現象的演示更清晰、仔細、重復率增高，便于學生的理解和學習，從而增加學生的自信心，產生更高的學習興趣。還可以使實驗現象明顯化，以便于學生觀察。這對提高他們探索知識的積極性，有著無法替代的作用。比如，在學習小學科學第二冊（三年級下冊）“冷與熱”單元第三課時的《溫度和溫度計》時有三個活動：

（1）觀察幾種溫度計。

（2）攝氏溫度的讀和寫。

（3）讀出溫度計指示的溫度。

在活動一中既要使學生了解溫度計的構造以及上面的刻度、標記和數字。還要指導學生認識溫度計制造的原理。這樣我就在課堂中使用投影儀放映出放大的玻璃管、玻璃泡（內有水銀、煤油或酒精等液體）、刻度，讓學生更清晰地了解了溫度計的組成，同時反映了液體熱脹冷縮實驗裝置和溫度計的比較圖，通過比較，啟發學生認識到溫度計是利用液體熱脹冷縮性質設計的。

四、實物投影儀應用在小學科學教學中可拓展學生的思維范圍，培養學生更強的立體能力

科學首先要帶動思維。有人曾經說過：“偉大是科學是在思考和實踐中得出的。”得了知識的同時，能力也必須得到培養和發展。學生在經歷了一次次求知的快樂和成功的喜悅后，他們會很自然地去思考，解決下一個未知的，甚至是客觀不存在而只是空間存在的問題。有了這份獨立思考的能立，學生會變得更聰明，教師會變得更具啟發力。我們教育改革會變得更深入。例如，在《空氣的熱脹冷縮》一課中，當向學生投影研究液體熱脹冷縮的實驗儀器圖片后，向學生提出了空氣是看不見的，怎么知道它的體積有沒有變化呢？等問題，有的學生當即會回答到可以在家里燒水的小壺上套氣球。此時，我知道無論學生們想出的方法是否合理可行，都讓他們在不斷地觀察和思考中獲得成功了成功的喜悅。

五、用實物投影儀促進學生交流

第6篇：熱脹冷縮的科學原理范文

本文將結合物理課堂教學,闡述如何對學生進行創新能力培養。

關鍵詞:優化課堂 培養能力

由于我國基礎教育改革的迅速深化,對課堂教學的要求越來越高。精心組織課堂,講究教學策略,激發學生興趣,誘導學生探究,啟迪學生思維,培養學生創新能力,是搞好物理教學的關鍵。由此,優化課堂極為重要。

一、巧用實驗激趣,培養創新能力。

物理學是一門以實驗為基礎的自然科學,物理實驗綜合了實驗原理、設計思想和方法、實驗操作和觀察、數據分析處理等多個方面的知識和能力。同時實驗最能引起學生的注意力,激發他們的學習興趣。教師最好設計一些探究性、開放性的實驗,在教師的適度引導下,通過學生動手動腦,發現問題,解決問題。不但構建了知識,提高了實踐能力,還培養了學生的創新能力。

1.為了學生有更多的動手機會,強化學生的感性認識,培養學生的實際操作能力和細致的觀察能力,把部分教師演示實驗和課外小實驗改為學生課堂實驗,增加學生自己動手的機會。把課本中一些原理和方法比較簡單、儀器易取易讀的演示實驗改為堂上實驗是比較有效的方法。例如,我在高中物理教學中,把“用彈簧秤研究作用力與反作用力的關系”(試驗本第一冊圖5-9)、“平拋運動的豎直分運動是自由落體運動”(試驗本第一冊圖6-13)、“觀察擺動機械能守恒的實驗”(試驗本第一冊圖9-23)、“單擺簡諧振動圖象”(試驗本第一冊圖11-4)等實驗全部改為課堂學生小實驗,讓學生自己動手獨立操作,通過認真觀察和思考得出結論,實踐證明,這樣一方面使學生由被動手獨立操作,通過認真觀察和思考得出結論。實踐證明,這樣一方面使學生由被動學習變為主動探索,大大地調動學生學習的主動性和積極性;另一方面也直接培養了學生的實際操作能力,細致的觀察分析能力,和自我解決問題的能力,比單純由教師演示實驗的效果好得多。

2.把部分驗證性實驗改為探索性實驗,培養學生勇于探索、敢物實踐和善于創新的精神,既探求科學的精神。驗證性實驗一般是在對研究對象有了一定認識之后,根據已知的理論,對一些現象過程的存在、原因或規律檢驗其是否正確而設計的實驗,它在實驗目的、方法、原理方面起到了示范性作用,但不利于創新精神和能力的培養。我在物理教學中嘗試將驗證性實驗改為探索性實驗,在實驗思想上進行創新設計,讓學生充分動腦、動手,發揮學生的學習主體作用,培養學生的創新性思維和意識。

如在高一物理“牛頓第二定律”一節教學中,我進行了如下創新設計:①把演示實驗改為學生實驗,定性研究小車的加速度與哪些因素有關,并引導學生用分析法總結出小車的加速度與小車質量和所受外力有關。②鼓勵學生猜想加速度與質量、外力三者間的定量關系。③運用較精密的氣墊導軌進行定量測定實驗,利用傾斜導軌上的滑塊重力的下滑分力代替砂桶的拉力,研究滑塊質量不變時加速度與外力(改變導軌的傾斜度來改變外力)的關系,借助多媒體電腦軟件自動計算出加速度和外力的數值,這些數據在大屏幕電視上顯示出來;保持砂桶重力(近似認為是滑塊受的外力)不變,改變在水平導軌上滑塊的質量,研究加速度與質量的關系,同樣利用電腦軟件得出不同質量時應加速度的數值。并啟發學生根據實驗數據采用“比值法”或“作圖法”直觀得到“質量一定時,加速度與外力成正比;外力一定時,加速度與質量成反比”這一結論。④引導學生應用理論思維,推導出牛頓第二定律。⑤進一步引導學生應用“特殊”“一般”的科學思維方法得出牛頓第二定律的更一般表達式F合=ma,并由“一般”“特殊”導出F合=0時,物體處于平衡狀態這一結論。這種以學生操作和思維活動為主的教學設計,增大了課堂容量,加強了實驗的探索功能,從定性的研究到利用現代教學媒體進行比較精密的定量探索,突出了實驗的設計思想,展現了知識和規律的發現形成過程,對學生大膽實驗,主動探索物理規律起到了積極影響。

二、引導自行探究,培養創新能力

我們在實踐中總結出了"設疑激趣、指導探究、啟發思維、評價總結、應用遷移"的五環節課堂教學模式,在引導學生自行探究科學的活動過程中培養其創新能力方面作了一些初步嘗試。

1. 設疑激趣,提出假說

布魯納說過:"學習的最好刺激乃是興趣。"因此,在教學中教師首先要創設情境,制造"懸念",放手讓學生觀察、實驗、思考,讓具體的自然事物、有趣的自然現象緊緊吸引學生,激活學生思維,多而使他們產生強烈的探究欲望。

比如在《物體的熱脹冷縮(二)》教學中,課伊始,我便對學生說:"咱們用塑料瓶和硬幣做一個游戲,"講清游戲規則后,學生們懷著好奇心開始玩,不大功夫,只聽學生驚喜地叫道:"呀,硬幣跳起來了!""還‘撲撲’地發出聲音呢!""硬幣為什么會跳起來呢?"我不失時機地問:"你認為是怎么回事呢?"提出一個開放的發散思維的問題,學生的情緒一下子活躍起來,對這個問題作出了種種假設:可能是水槽中的熱氣將它頂起來了;可能是塑料瓶受熱膨脹將硬幣頂起來了;可能是瓶內的空氣將它頂起來了;可能是硬幣上的水變成水蒸氣要往外跑,所以把硬幣頂起來了……。發散思維是創造活動的起點,這一學習活動,既促進了學生積極思維,又能形成下面探究學習的動機。

2. 指導探究,豐富感知.

實踐、探索的過程是創新的過程。要讓學生去創新,就必須放手讓他們自己實踐,勇于探索。如何保證學生能夠圍繞中心問題進行實踐、探索呢?在于教師提供有結構的材料。所謂有結構的材料,是指這些材料在使用時能揭示自然現象間的某種關系。

如《物體的熱脹冷縮(二)》教學中,我給學生提供這些實驗材料:燒瓶、帶直(彎)玻璃管的膠塞,紅墨水、肥皂水、滴管、毛巾、軟塑料瓶、瓶蓋、汽球、飲料盒、膠帶、水槽、熱水、冷水。讓學生熟悉這些材料后,根據思考提綱自行設計實驗方案。由于準備的這些材料緊緊圍繞揭示"氣體的熱脹冷縮"這一主題,從課堂教學效果看,各個組都設計出了比較理想的方案:有的用汽球套在塑料瓶上,放入熱水和冷水中實驗;有的先把塑料瓶捏癟,蓋好蓋,再放入熱水和冷水中實驗;有的用膠帶把飲料盒的口封住,放入熱水和冷水中實驗;有的用燒瓶和帶玻璃管的膠塞,用手捂和包冷毛巾實驗;有的將紅墨水用滴管滴入玻璃管放入熱水中,,但紅墨水流了出來……學生在足夠的時間內充分地實踐和 探索,獲得豐富的、初

級的、創新的感性體驗,為進一步研究和深入認識打下基礎。當然,學生的這些行為,對平常人來說是極其普通而簡單的,可對小學生,自己找出來,不能不說是他們創造活動的結晶,"行雖微而旨趣遠",是學生創造精神的表現。 3. 啟發思維,討論探究

學生獲得足夠的感性材料后,教師要引導學生整理、加工事實,進行思維加工。

(1) 整理事實,以說促思

學生獲得的感性事實是比較混亂的,缺乏條理性。教師引導學生通過語言把各自收集到的事實以及對事實的看法進行相互交流,活躍學生的思維,充分發揮他們的想象力、創造力。如在《物體的熱脹冷縮(二)》教學中,有這樣一個討論片斷:一個學生答:"飲料盒 放入熱水中,盒鼓起來了,放入冷水中,又癟了。"另一個學生馬上反駁到:"我們組的飲料盒放入熱水中鼓不起來。"這時,我插話到:"你們兩個組的實驗條件中�熱水中�相同,但出現了不同的現象,是不是盒子的原因呢?"接著引導兩組同學對飲料盒 進行比較,結果發現鼓起的飲料盒口被密封了,沒有鼓起的口開著,宣布完這一發現后,又有同學立刻說:"沒有封口的飲料盒里的空氣從口上跑走了。"這樣,通過對事實材料的引導、梳理,強化了學生的認知過程,并使創造實踐活動取得創造性成果。

(2) 研究事實,發展思維

在學生整理事實時,教師見機提出問題,挑起矛盾,巧妙地促使學生發表不同意見,將討論的中心置于學生之中,使學生結合自己和別人收集的信息,進行分析、判斷、歸納、甚至爭論,從而找出其中的規律。如在《彈性》一課教學中,學生對收集到的事實進行整理后,一個學生答:"我發現皮筋、彈簧……橡皮泥有彈性,木塊……沒有彈性。"三個同學同時反駁:"不對,橡皮泥沒有彈性"我適時引導:"說說你們的理由。"學生立刻說:"橡皮泥雖然能捏扁、搓長,但松手后它還是扁的、長的,不能再變成原樣。"……這樣,學生在不同意見的發表與爭論中,用自己的語言概括出科學結論,這符合從感性到理性,從具體到抽象的認識過程。同時,學生的創造性思維得到了充分的鍛煉。

4. 評價總結,歸納達標

通過前三個環節的活動,學生得到了信息與思維的結果,教師對小組和個體的整個學習活動進行鼓勵性評價,使學生體驗成功的喜悅,將假說上升到結論、規律。如《物體的熱脹冷縮(二)》中這樣設計:"剛才同學們和老師的實驗都成功了,說明我們只要掌握了設計實驗的要領,都能設計出成功的實驗。通過這些成功的實驗,我們發現了什么?"

5.應用遷移,釋疑解難

第7篇：熱脹冷縮的科學原理范文

[關鍵詞]回歸生活；日常經驗；學科規范；超越生活

教學回歸生活是我國教育界近幾年的一個熱門話題。學者們圍繞教學為什么要回歸生活、回歸怎樣的生活、怎樣回歸生活等問題，展開了激烈的學術論爭。這里我們轉換視角，從透視新課程的教學案例入手，探討教學回歸生活后課堂教學發生的變化及出現的問題，以加深對教學回歸生活的認識。

一、教學“回歸生活”的兩個案例

在課程的實施過程中，許多教師設法加強教學與生活的聯系。從眾多案例來看，教師主要采用兩條途徑使教學回歸生活：一是設置問題情境，使教學成為發現和解決問題的過程；二是拋開“預設”，就學生提出的“意外問題”展開探究或對話教學。為便于討論，這里先呈現兩個相應的案例。

案例1：一堂“失敗”的好課

一位小學教師以如下方式引導學生探究液體“熱脹冷縮”的性質。

教學從演示實驗開始。實驗裝置為玻璃管下連接一圓底燒瓶，即在燒瓶口緊塞的膠塞上插入一根筷子粗的玻璃管。燒瓶內充滿紅色液體并上升到玻璃管中，老師告訴學生為便于觀察專門在水中加了紅墨水。老師讓學生猜測：當把燒瓶放到熱水中會出現什么現象?在學生作出“燒瓶變熱”“燒瓶里的東西也將變熱”等回答后，老師將燒瓶放入熱水中。看到紅色液體沿玻璃管慢慢上升，學生感到十分驚奇。有的學生認為燒瓶中的水增多了，依據是玻璃管內的水面上升了。老師進一步問學生：是水的什么增加了?是質量還是體積?盡管他極力引導，學生似乎還是不能準確地說出到底是“體積”還是“質量”增加了，老師只好自己說是水受熱體積增加了。給出這一結論后，老師將燒瓶從熱水中取出，再放入冷水中，學生們看到玻璃管中的水位下降了。面對老師“為什么”的提問，有學生解釋說：玻璃管中的水之所以下降，是因為燒瓶變大了。老師對學生的回答感到既驚奇又無奈，只好又對學生說因為水受冷體積縮小，玻璃管中的水面才下降。

接著，老師用酒精做實驗，實驗結果相同。隨后，老師又用煤油做實驗，問學生煤油是否有熱脹冷縮的性質，令老師想不到的是，學生毫不含糊地回答：“沒有！”“因為它不是紅色的液體”。當實驗表明煤油也有熱脹冷縮的性質后，教師出了一道判斷題：菜油、醬油都有熱脹冷縮的性質，對還是錯?全班同學異口同聲地回答：“錯!”“因為菜油、醬油是可以吃的。”老師只好再次給出正確的答案。

案例2：無法預約的精彩

在學習小學六年級語文課《鷸蚌相爭》時，學生對課本內容產生了疑問。這雖出乎老師的意料，但他認為這是生成課程資源的好時機，于是拋開原計劃，決定讓學生圍繞自己的疑問展開討論。

全班同學正在興高采烈地讀課文，突然有個學生說：“老師，我覺得課文有問題。你看，書上寫鷸威脅蚌說：‘你不松開殼兒，就等著瞧吧。今天不下雨，明天不下雨，沒有了水，你就會在這河灘上!’你想呀，鷸的嘴正被蚌夾著呢，怎么可能說話呀?”受此啟發，其他同學認為蚌也不能對鷸說：“我就夾住你的嘴巴不放，今天拔不出來，明天拔不出來，你也會餓死在這河灘上!”因為蚌一開口，鷸就會趁機拔出嘴巴逃走。

老師鼓勵學生談談自己對這個問題的看法。同學們議論紛紛：有的認為課文這樣寫的確不妥；有的認為課文是根據古文改編的，沒什么問題；有的反對說，改編也要古為今用，不正確的要修正；有的認為課文是寓言，是在借這個故事說明道理，這么寫沒什么問題；有的堅持認為盡管是寓言，也要符合實際，總不能說鷸夾住蚌的嘴巴吧。

最后老師鼓勵學生把教材改一改，并給編輯叔叔寫一封信。下面是其中一個小組寫給編輯叔叔的建議：“鷸用盡力氣，還是拔不出來，便狠狠瞪了蚌一眼，心想：哼，等著瞧吧，今天不下雨，明天不下雨，你就在這河灘上吧。蚌好像看透了鷸的心思，得意洋洋地想：哼，我就夾住你的嘴巴不放，今天拔不出來，明天拔不出來，吃不到東西，你就會餓死在這河灘上!”

正當老師要結束討論時，又有一個學生說剛才的討論有問題，因為鷸的嘴巴被夾住了確實不能說話，但蚌就不一定了。蚌的嘴巴在殼里，也許不用開合殼就能說話。對于這個問題，學生提出可通過上網或去圖書館查資料、請教科學教師、觀察蚌來解決。

對于上述案例，讀者自有看法。我們認為：二者的一個共同特征是教學緊緊圍繞學生的日常經驗展開。如果這就是教學回歸生活，那么這種回歸的結果值得深入思考。

二、教學回歸生活后的變化和問題反思

從上述案例不難看出，教學回歸生活使課堂面目煥然一新。最明顯的變化是：學生積極參與教學過程，從事自主建構活動，成為課堂的主角。就第一個案例來說，水在日常生活中雖然常見，但學生未必了解它的所有特性。學生憑日常經驗可能知道水的顏色、味道、形狀等方面的性質，但卻不易覺察水能熱脹冷縮。教師用特殊裝置做演示實驗，將水的熱脹冷縮性質寓于玻璃管內水位變化這一問題情境中，目的就在于突出平常不易覺察的這種特性，從而引發學生的認知沖突，激發探究欲望。案例表明：受問題情境的激發，學生的確積極地開展水的探究活動。盡管學生沒有真正理解熱脹冷縮，測試一錯再錯，但他們畢竟進行了大量的觀察、思考和交流等活動，相對于傳統的被動學習而言，說它是一堂好課也不過分。第二個案例也是如此。由于教師因勢利導，打破常規，鼓勵學生解決自己發現的問題，課堂上氣氛活躍，爭論激烈，甚至聯系到生物學知識并提出了修改教材的建議。總之，與傳統的那種從文字到文字、從符號到符號、從公式到公式的枯燥學習相比，這樣的課堂無疑更有生氣，更受學生的歡迎，更有利于學生個性的張揚和發展。

然而，這種回歸也帶來了消極的后果，最突出的表現在于：學科特性彰顯不足，學科規范喪失。換言之，科學課缺乏科學性，語文課缺乏人文性。令人憂慮的是：這樣的問題并未引起人們的注意。這一點僅從案例的標題便可略見一斑，《一堂‘失敗’的好課》《無法預約的精彩》反映出任課教師與評課專家持贊賞態度。即使課后反思以及隨后引發的相關討論也大多集中在“好”在什么地方、精彩是否可以預約上，而很少討論其中的學科失范問題。我們在與博士生、碩士生以及課程班學員討論上述案例時，大多數人覺得有趣并開懷大笑，只有少數人感到科學不像科學，語文不像語文。顯然，有必要對這個問題做進一步的分析，否則，這類案例將給人以誤導。

缺乏“科學味”或“語文味”，也就是常說的“常識”與“科學”不分。學生在學習中運用的是日常經驗和日常思維，而不是科學或人文知識以及相應的思維。在第一個案例中，學生在實驗前提出的種種預測，實驗后產生的驚奇、疑問以及對實驗結果所作的解釋，隨后對煤油、菜油、醬油做出沒有熱脹冷縮性質的判斷等，都是以自己的日常經驗為基礎的。他們之所以說“燒瓶里的水增多了”或者“燒瓶變大了”，原因在于他們日常見到向容器中加水而水位上升、把小容器中的水倒入大容器而水位下降，卻很難見到河水、湖水、杯子等容器中的水因受熱明顯上升或遇冷明顯下降的現象。學生籠統說“水增多了”，使用的是日常概念，這與使用科學概念區分“質量”或“體積”的增加有本質的區別。根據顏色差異或可吃與否判斷液體的熱脹冷縮，表明學生的思維受事物形象的限制，未達到抽象水平，是日常直覺而非科學推理。在第二個案例中，學生從認為鷸和蚌都不能開口說話，到建議把“說話”改成“心想”，再到后來追究蚌的嘴巴是否在殼里，原因也在于課文中的情景與常識相悖。因此，他們的追問與修改，既不是科學精神的體現，也不符合寓言的理解規范。從科學的角度來說，鷸和蚌都是低等動物，將“說”改成“心想”是否更合理，值得懷疑。寓言是文學的體裁之一，它借事說理，重要的不是追究是否真有其事，或是否與事實完全相符，而在于從中悟出道理。案例表明：大多數學生甚至包括教師對寓言及其理解方式缺乏認識。

可見，教學回歸生活雖能使學生根據原有的生活經驗來解釋和說明所學內容，但由于他們的生活經驗是籠統的、直覺的，與科學或人文規范有很大差距，因而任憑他們“自主建構”，他們的學習容易停留在常識水平，不利于他們對學科規范的掌握。而且學生年齡越小，受到的學科規范熏陶越少，越容易受經驗的支配。就是到了高中階段，沒有教師的引導，學生學習時也會“跟著感覺走”。比如：有位教師采用羅杰斯的“非指導性教學”教高二學生學習《面朝大海，春暖花開》這首詩，在對詩不作任何講解的情況下，要求學生“初讀本詩，說說自己的原初體驗”“再讀本詩，推測詩人的情況”，學生雖然樂意各抒己見，但當教師介紹完詩人的基本情況以及別人的賞析文章后，才發現自己以前的推測有誤、欣賞膚淺、缺乏藝術水準。顯然，教學回歸生活還面臨著怎樣超越生活與經驗的問題。

三、教學超越生活的思考

建構主義認為：學習不是被動接受知識的過程，而是學習者原有經驗與新知識相互作用進而獲得意義的過程，而且這種過程只能由學習者自己來完成，他人不能代替。很多教育工作者相信建構主義更好地解釋了人類學習，更符合學生的學習實際，因而要求重視學生的原有經驗，開展建構主義教學。他們同時又指出：建構主義教學不是學生個體經驗水平上的盲目摸索，人類的科學文化不可能由此獲得，它需要教師的干預。“通過文化和科學的社會機構建構和傳播的科學觀點是不會由個人通過他們自己的經驗性探究而發現，學習科學包括加入到科學的文化中……如果學習者能進入科學的知識體系，知識建構的過程一定會超越個人經驗性探究的范圍，學習者需要的不僅是物質經驗，而且也需要進入常規科學的概念、模式等。”這雖然是針對科學而言的，但是其道理對人文學科教學同樣適用。

我們贊同這種觀點并認為：教學回歸生活后，應當用科學或人文規范來提升學生的經驗，實現對生活的超越。為此，教師教學時要考慮學科的基本屬性。學術界把學科大致歸為科學與人文兩大陣營，并針對這兩種認識方式的不同，圍繞科學精神與人文精神、科學方法與人文方法展開大量的研究和對比。總體來說，科學求真，講究理性分析和實證；人文求善，講究整體體驗和感悟。這種差異要求教師用科學方式教科學，用人文方式教人文，彰顯學科特性，不能把兩者混為一談。例如：有位教師教《我的戰友》時，希望學生通過分析來認識的偉大，結果導致學生追問：“大火在他身上燒了半個多小時，他身上帶了子彈和手榴彈，那么這一點就著的易燃物品被燒了那么長時間，怎么沒有爆炸呢?”這種追問的結果不僅沒能展現的偉大，反而導致對故事真實性的懷疑。

教學還必須進一步遵循學科的基本結構。美國學者施瓦布認為，學科有獨特的基本結構，它包括實質結構和方法結構兩方面：前者指學科的概念、原理、體系，后者指獲得這些知識體系的方法。”因此，具體到某一學科內容的教學，教師要考慮它涉及哪些基本概念或原理，用什么方式來獲得。就液體“熱脹冷縮”的教學而言，教師應注意“液體”“質量”“體積”“溫度”等相關概念的傳授，引導學生思考它們之間的關系，圍繞其中的關鍵變量建立假設，使用儀器測量和收集數據來驗證假設，這樣才符合科學的本來面目。至于《鷸蚌相爭》的教學，教師應讓學生明白寓言的寫作特點，引導學生感受鷸蚌相爭的情境，了解相爭的起因，想象相爭的結果，從中悟出兩敗俱傷、他人得利的道理。

當然，教師不僅要注意科學與人文的區別，也要看到二者的聯系。科學與人文相互滲透、相互促進：科學為人文提供基礎，人文為科學提供方向和動力。二者的這種聯系要求教師加強科學與人文的有機結合，講授科學時除注重理性分析和實證外，還應注意具體情境的創設，讓學生感受科學的神奇和巨大作用，激發他們愛科學、學科學的熱情。講授人文時要注重整體感悟，必須讓學生了解作品的基本結構，把握感悟的方法。這里特別需要指出的是：我們不能對新課程強調語文學習的整體感悟做極端的理解，使之與科學對立。感悟仍需要一定的科學基礎，關于這一點，我們可從結構主義中獲得啟示。結構主義者認為：文學作品雖然包羅萬象，但只要進行科學研究，就能發現作者的創作思路或風格。在他們看來，研究和學習文學的關鍵不在于把握單個事件或情節，而在于掌握它們之間的關系即作品的基本結構；一旦找到結構，文學創作或學習就如同填空。雖然結構主義文學觀有些極端，但不可否認它對感悟文學作品的指導作用：文學作品的結構如同音樂的曲譜，感悟不能離“譜”而隨心所欲。就感受的偉大而言，學生只有從關鍵行為——“一動不動”、行為環境——“大火在他身上燒了半個多小時”以及導致行為的心理原因——“為了這次戰斗的勝利”這三者之間的結構關系入手，才能感悟到偉大的心靈能使人在險惡環境中做出偉大的行為。割裂三者之間的聯系，任憑怎么感受，也都無法領會這一精髓。

總之，如果“教學回歸生活”指的是加強與學生日常經驗的聯系，那么它不應當始于經驗而又止于經驗。很難想象，遠離人類科學文化的教學能促進學生的發展。美國教育家杜威曾說：兒童的經驗是學習的起點，教材是學習的終點。當“回歸生活”讓學生站在杜威所說的“學習起點”后，接下來的問題便是如何引導他們到達“終點”。為此，我們建議：滲透學科規范意識，用學科的基本結構改造和提升學生的日常經驗，實現教學對生活的超越。

第8篇：熱脹冷縮的科學原理范文

一、發揮材料的引導性和暗示性作用，激發學生的探究興趣

在預設活動材料的過程中，考慮到不同層次學生的內在需求，有的需要感知建構經驗、有的需要再現新經驗、有的需要延展已有經驗，滿足他們對于探究的不同需要，體驗到參與活動的成功。因此，教師要善于利用學生認知水平的提高，不斷提供能揭示科學概念的步步深入、層層激起的材料，有效保持學生的學習興趣。

如在教學《沉浮與什么因素有關》時，我為學生準備了三組不同結構的材料，第一組材料：泡沫塑料、胡蘿卜、鐵螺帽、橡皮塊、回形針、牙簽、蠟燭等，學生發現這些物體在水中有的沉有的浮，從而引發學生思考：不同材料構成的物體，在水中的沉浮與它們的輕重、體積大小是否有關系；第二組材料為五個大小相同、重量不同的球形材料，學生通過探究發現：相同大小的物體，重的易沉，輕的易浮；第三組材料為五個輕重相同、大小不同的立方體材料，學生通過探究會發現：輕重相同的物體，大的易浮，小的易沉。這三組不同結構層次的材料，在教學上有很大的啟發性，學生在探究中不斷產生疑惑，不斷發現，又不斷否定自己，從而激發學生探究，激起學生揭示科學概念的興趣。

二、強調材料的典型性和結構性，啟發學生自主探究

教師準備的實驗材料既要符合所學的科學知識和科學原理，又要具有一定的典型性和結構性，使學生能通過觀察和實驗直接獲取感性知識。選擇具有典型性的材料有利于學生認識、建立從一般到特殊的科學規律。材料的結構性能讓探究活動層層相扣，使活動更為有序。教師要發掘材料的特性，尋求最簡潔、最明了的材料來幫助學生解釋科學現象，以求達到教學目標的完成。在教學《水是怎樣溶解物質的》一課時，為了讓學生清晰地觀察溶解過程，我們用一種有顏色的物質高錳酸鉀代替食鹽做溶解實驗。在教學《液體的熱脹冷縮》一課時，為了方便學生觀察到玻璃管（吸管）內液面的變化，我們可以往燒瓶內的清水中加幾滴紅墨水。在教學《空氣的熱脹冷縮》一課時，一位老師為了使實驗現象更明顯，特意跑到小商品市場買來小巧的氣球，代替學校實驗室里的大氣球，結果，把小氣球套在錐形瓶口，熱水倒下去，小氣球馬上鼓了起來；放入涼水中，小氣球癟了；再放入冰水中，小氣球向內縮進了錐形瓶內，三種截然不同的實驗現象深深吸引了學生。像這樣典型、有結構的材料，學生會被材料本身的特性吸引，專注于研究材料的結果，避免同主題無關的活動出現，從而更有效地達成探究目標。

三、注重材料的開發和創新，有效落實探究目標

《科學（3～6年級）課程標準》中強調科學課程應具有開放性。引導學生廣泛利用存在于學校、家庭、社會、大自然、網絡和各種多媒體中的資源進行學習，將學生的科學學習置于廣闊的背景中，幫助他們不斷擴展對周圍世界科學現象的體驗，并豐富他們的學習經歷。材料的選擇如果從學生周圍的環境入手，更易引發學生探究科學的興趣。如上《蝸牛》《蚯蚓》等這樣的課時，教師可提前一周請學生準備好這些小動物，在尋找這些小動物的過程中，學生對它們的生活環境和生活習性會有一個全面的了解，也增長了不少相關的課外知識。

小學科學實驗材料提倡低成本高回報。所謂低成本，即來自于生活，簡便易得，有些實驗材料可以一材多用，如普通的雙黃連小藥瓶，既可以用來做沉浮實驗，又可以插上一根吸管做液體、氣體的熱脹冷縮實驗。一些實驗操作中需要用到的材料缺乏，有時也可以用別的材料代替。教學《化學變化伴隨的現象》一課時，硫酸銅溶液與鐵釘反應后，溶液顏色的變化現象不明顯。我們可以用鐵絲代替鐵釘，在鐵絲下端盤好幾圈，增大反應面積，學生容易發現溶液顏色變淺。

第9篇：熱脹冷縮的科學原理范文

關鍵詞：混凝土襯砌；強度因子；

隧道混凝土襯砌裂縫和滲漏水防治是國內外公認的難題。據統計，我國早在1990年就有3100座鐵路隧道由于襯砌結構開裂滲漏而存在不同程度的病害，占當時隧道總數的65%左右。

隧道的襯砌裂縫大多出現在隧道建成的早期，有的甚至在隧道修建的過程中就出現了大量的裂縫，而在建后5至10年之間出現的幾率較少，隧道使用10年以后，由于多種原因，隧道也會開始出現裂損、錯臺、滲漏等惡化現象。探討隧道襯砌的裂縫成因及其擴展理論對襯砌裂縫治理和保證施工質量有重要意義。

1 混凝土產生裂縫的原因分析

混凝土產生裂縫的原因很多，根本原因是混凝土收縮造成的。混凝土收縮主要有兩類：干燥收縮和溫降收縮。

1. 1 混凝土的干燥收縮變形

混凝土的干燥收縮變形受到混凝土環境（如空氣濕度）、混凝土構件形狀、尺寸和混凝土原材料及配合比等因素的制約。

混凝土在潮濕養護中其內部孔隙濕度可保持100%，在結束濕養并于大氣中后開始從表面蒸發脫水并引發干縮。因此，大氣濕度是制約混凝土干縮的重要因素。同時，與隧道內溫度高低、通風強弱等也有一定影響。

水泥石中的可蒸發水存在于大孔洞、毛細孔及凝膠孔中。脫水干燥時，首先是大孔洞里的水蒸發，但這不至于引起收縮；隨后是較粗毛細孔水蒸發，脫水量較多而收縮較小；再后依次是較細、更細孔里的水蒸發，脫水量依次減少，但收縮量依次增大。在強烈干燥下，凝膠孔里的吸附水也能解析蒸發并引起收縮。可見，混凝土的干燥收縮，在體內將主要受制于水泥石的細孔含量和孔徑分布，亦即是要受制于混凝土用水量以及水泥水化度（水化齡期）。延長混凝土的潮濕養護時間和增加混凝土中骨料含量，都可減小混凝土的干縮率。

1. 2 混凝土的溫度升降變形

混凝土隨溫度升降要發生脹縮變形，這種脹縮應變（εt）決定于溫度變化量（ΔT）和混凝土熱脹系數。混凝土的熱脹系數（αt）[3]通常取為10×10-6℃ ，但實際上會因原材料的不同，而有一個較大的變化。混凝土熱脹系數取決于水泥石熱脹系數和骨料熱脹系數，通常水泥石熱脹系數（10～20）×10-6℃大于骨料熱脹系數（5～13）×10-6℃ ，水泥骨料比可影響at值大小，試驗資料證明：減小水泥用量，可降低混凝土熱脹系數。

混凝土的溫度變化起因于兩個因素，即周圍環境溫度變化和水泥水化放熱。環境溫度變化視不同地區、不同季節、不同天氣各不相同，需根據工程所在地的具體條件確定。水泥水化熱的多少取決于水泥的礦物組分、混合材料和細度。混凝土溫度升高幅度可通過計算混凝土的絕熱溫升和散熱降溫速率求得，但需測得很多相關數據，準確計算難度較大。

2 隧道混凝土襯砌開裂機理分析

將以隧道襯砌作為受力實體，著重從其所受的水平應力（主要是由于干縮和熱脹冷縮引起的溫度應力）、襯砌的不均勻沉降、拱部不均勻受力（馬鞍形受力）等三個方面進行研究分析，并采取各種措施減少或消除其對隧道襯砌的影響，從而防止隧道裂縫的出現，保證襯砌的整體結構。

2. 1 隧道的溫度應力

在隧道中，襯砌混凝土存在干縮與熱脹冷縮，而且由于襯砌外側圍巖阻礙了襯砌的自由脹縮，所以在襯砌混凝土內部產生溫度應力，這種溫度應力的大小與襯砌混凝土的介質性能（彈性模量、線膨脹系數）、升降溫度（溫差）、巖土介質對隧道壁的阻力及隧道長度有關，并隨著這些因素的增大而增大。而混凝土是抗壓不抗拉的材料，故常能抵抗升溫時產生的壓應力，而難抵抗降溫時產生的拉應力。當襯砌內部的拉應力超過隧道襯砌混凝土的抗拉強度時，隧道襯砌將發生開裂，這種開裂的發生首先是從隧道的中部開始的。

2. 2 隧道的不均勻沉降

由于隧道縱向穿過不同力學性質的巖層，地基承載力差異較大；由于襯砌背后回填不對稱，以及不同斷面的襯砌抗不均勻性變形能力的差異性等原因，都可能導致隧道縱向的不均勻沉降，引起縱向彎矩，產生裂縫。這種由隧道的不均勻沉降而產生的隧道應力，與隧道的彈性模量成正比，即彈性模量越大，由相同的不均勻沉降所引起的隧道內力越大，也越容易引起隧道襯砌的開裂。

3 隧道混凝土襯砌裂縫擴展規律

3. 1 隧道混凝土襯砌裂縫擴展臨界應力

在斷裂力學中，由于裂紋尖端應力場的強程度主要由Km（應力強度因子）這個參量來描述。通過它可以建立K1=K1C或Km=Kmc）的斷裂準則。

3. 2 隧道襯砌背后荷載分布對裂縫的影響

通過調查，隧道襯砌縱向裂縫約占裂縫總長度的80%，是一種主要的裂縫形式[4]。其中拱頂內緣擠壓剝落、拱腰內緣拉裂、張開、錯臺者約占縱向裂縫總長度的65%，這是一種比較普遍、數量多的典型破壞形式。實測表明，有這種破壞形態的隧道襯砌拱部地層壓力小，拱腰部位壓力大，荷載分布近似“馬鞍形”。產生這種荷載分布形式有三個主要原因：一是由于目前施工工藝的限制，拱背難以回填密實；二是由于光面爆破技術把握不夠，引起超挖而又未能及時回填；三是由于隧道拱頂巖石坍塌破碎，回填不理想等。這樣，使原來應由拱頂承受的山體壓力轉到拱腰部位，造成了隧道拱部荷載的“馬鞍形”分布，從而與原設計假定的襯砌與圍巖密貼不相符合，使拱腰內緣由原來的受壓變為受拉，拱頂內緣由受拉變為受壓，使拱腰內緣出現拉裂裂縫，而拱頂內緣則出現壓裂裂縫等破壞特征。

隧道襯砌在“馬鞍形”荷載作用下，隨著拱腰拱頂荷載比的不斷增大，襯砌拱頂的內緣由受拉逐漸變為受壓，而拱腰部分則相反，由受壓變為受拉。同時，隧道襯砌的最不利截面也由拱頂下移到拱腰，此時，隧道襯砌的拱腰部分，有可能最先拉裂，產生沿隧道縱向方向的裂縫，同時在水平方向應力的作用下還可能產生錯臺；隨后拱頂的外緣也可能出現沿縱向方向的拉裂縫，從而使拱頂的內緣因受壓致裂。

4 結 論

應用隧道混凝土襯砌裂紋擴展規律如下：

（1）隧道混凝土襯砌裂縫主要來自于混凝土的干縮與溫升和溫降；

（2）隧道混凝土襯砌最早裂縫出現在中間，隨著應力重分布，裂紋不斷在每段中部增加，直至中間最大拉應力小于混凝土的抗拉強度后裂縫穩定為止；

（3）當隧道襯砌內出現裂縫后，如襯砌荷載應力σ>σc，則裂紋失穩擴展；

（4）由于施工過程中的多種原因使隧道襯砌荷載分布成“馬鞍形”，而使隧道出現縱向裂縫或錯臺等現象。因此，在隧道施工中要注意隧道襯砌背后回填或注漿。

參考文獻

[1] 王鐵夢.工程結構裂縫控制.北京：中國建筑工業出版社，1997.